设计新手与专家的类比推理行为分析硕士毕业论文（完整版322）

分类号：TB47 单位代码：10335 密 级：公开 学 号： 硕 士 学 位 论 文 论文题目 设计新手与专家的类比推理行为分析作者姓名 指导教师 学科(专业) 设计学 所在学院 计算机科学与技术学院 提交日期 A Dissertation Submitted to Zhejiang University for the Degree of Master of DesignTITLE: Behavioral analysis of analogical reasoning in design: Differences among novice and expert designers Author: Supervisor: Subject: Design College: Computer Science and Technology Submitted Date: 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 浙江大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 浙江大学 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 浙江大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日浙江大学硕士学位论文 摘要摘要类比推理是指从熟悉的领域或先前的经验中提取元素，并将该元素运用到新的概念中。所提取的元素称为“本体”(source)，新的概念称为“喻体”(target)。而设计师在日常工作需要经常接触视觉元素，因此视觉类比是他们最常用的类比方法。基于已有的发现，本课题探索了经验值对于设计师在类比推理过程中行为的影响。本次研究分为两组实验，分别研究类比推理的早期阶段以及设计师在类比推理过程中的行为模式。在实验一中，被试需针对喻体选择本体图片并说明理由。结果显示专家组的选择理由以经验和美感居多，大三组倾向以象征为出发点寻找灵感，大一组则更在意产品的功能特征。另一组被试参与了实验二，运用类比推理的方法进行户外家具设计。被试的行为经过编码，导入Observer XT10.0行为分析软件中计算，得出不同行为的频率和时间。根据统计数据推断，专家组和大三组在设计过程中更关注方案的完整性，而大一学生则更关注方案的功能性。本课题对于设计教育和设计认知等方面具有较好的参考作用，具有一定的理论价值和应用前景。关键词：类比推理，设计行为，设计认知，设计教育i浙江大学硕士学位论文 AbstractAbstractAnalogy involves accessing and transferring elements from familiar categories or prior knowledge (named the source) to construct a novel concept (named the target). As visual features frequently assist designers more than other forms, visual analogies are largely employed by designers to solve design problems. Based on previous researches, this paper explores the impacts of the expertise level of designers during analogical reasoning. Two studies were introduced in this paper; the first study was intended to explore the early phase of design analogy, while the second study was used to observe the behavior of different designers during analogy. In study 1, participants were asked to select source examples and explain their selections. It was found that experts were more likely to consider Experience and Aesthetics as reasons for their selections. Third-year students prefer to draw inspiration from Symbolism, whereas first-year students considered more about Function. Another group of participants took part in study 2, performing analogical design. Two coders coded the behaviors of participants during design process and analyzed the behavioral frequencies as well as durations through Observer XT 10.0. We conclude that experts and third-year students pay more attention to the completeness of the design, while first-year students put more efforts on the functionality of design. The results would provide references for design education and design analogy, bringing theoretical value and application to design field.Keywords：analogical reasoning, design behavior, design cognition, design education ii浙江大学硕士学位论文 目录目录摘要iAbstractii第1章 绪论61.1 课题背景61.1.1 视觉类比推理61.1.2 类比推理距离71.1.3 经验值和类比推理91.1.4 Observer行为分析软件91.2 研究的目的和意义111.3 论文的结构体系121.4 本章小结13第2章 类比推理行为研究142.1 实验背景142.2 实验目标142.3 实验材料142.4 数据处理方法152.4.1 卡方检验152.4.2 单因素方差检验及事后检验法162.5 实验过程172.6 实验假设172.7 本章小结18第3章 本体图片选择193.1 实验一概况193.1.1 被试193.1.2 实验过程193.1.3 编码193.2 实验一数据收集及分析213.2.1 本体图片选择结果213.2.2 本体图片选择分析223.3 本章小结23第4章 类比推理设计244.1 实验二概况244.1.1 被试244.1.2 实验过程244.1.3 编码254.2 实验二数据收集及分析284.2.1 类比推理行为频率284.2.2 类比推理行为时长294.3 本章小结31第5章 典型案例研究335.1 设计案例335.1.1 设计专家案例335.1.2 大三学生案例355.1.3 大一学生案例365.2 本章小结38第6章 总结与展望406.1 实验结果讨论406.1.1 本体图片选择406.1.2 类比推理行为频率406.1.3 类比推理行为时长416.2 类推行为模型预测416.3 研究局限及展望42参考文献43攻读硕士学位期间主要的研究成果46致谢47III浙江大学硕士学位论文 图目录图目录图 1.1 Observer XT 10.0界面10图 1.2 Observer XT 10.0可信度分析界面11图 4.1 F1,F3,E2,E3持续时长31图 5.1 专家被试本体选择，以及草图设计34图 5.2 专家被试类比推理行为可视化35图 5.3 大三被试本体选择，以及草图设计36图 5.4 大三被试类比推理行为可视化36图 5.5 大一被试类比推理行为可视化37图 5.6 大一被试本体选择，以及草图设计38V浙江大学硕士学位论文 表目录表目录表 2.1本体图片选择分类16表 3.1 本体选择理由编码19表 3.2 三组被试本体图片选择频率及百分比22表 3.3 三组被试本体图片选择理由百分比及排序22表 4.1类比推理行为编码27表 4.2三组被试类比推理行为的频率及百分比28表 5.1专家被试类比推理行为数据34表 5.2 大三被试类比推理行为数据35表 5.3 大一被试类比推理行为数据37浙江大学硕士学位论文第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景类比推理（Analogy）是指从熟悉的领域或先前的经验中提取元素，并将该元素运用到新的概念中。所提取的元素称为“本体”(source)，新的概念称为“喻体”(target)，该方法可用于解决某个问题，或阐明某种情境1 2。在先前的研究中，类比推理已被证明对于问题解决3，决策4，科学发现5 6，创意思考7和设计8等都至关重要。另一方面，新手和专家设计师在设计过程中的不同行为已成为近年热门的研究领域。然而，对于新手和专家设计师运用类比推理方法做设计的研究却不多见。本章将就本次研究的具体背景、研究目的和意义及文章结构进行简要介绍。1.1.1 视觉类比推理类推的本体通常包括图片，文字，语句等等9，由于设计师在日常工作中所接触的视觉元素远高于文字等其他元素，因此视觉类推被广泛运用于设计问题的解决中10 11。例如建筑大师柯布西耶就经常运用视觉类推的方法，建立本体和喻体之间结构性或表面性关联，创造了诸多伟大的建筑。先前的研究经验表明，视觉类推对于设计方案的品质也具有重大影响12。Casakin和Goldschmidt曾对新手和专家设计师运用视觉类推的方法设计有过多次研究，他们的实验结果表明新手和专家设计师都能够成功运用视觉类推的方法，形成设计解决方案12。与专家设计师相比，新手设计师思考过程中并不考虑过多的限制性条件，因此解决方案的数量通常更多。Purcell和Gero的研究关注视觉元素的熟悉度对产品设计的创意度的影响。他们发现熟悉的视觉本体容易造成思维定势，设计方案的多样性相对较弱，而陌生的视觉本体则没有此效果13。视觉类推中的本体不仅仅指被试在当前所能接触的视觉元素，也包括先前的经验或知识中的视觉记忆。有研究发现，对于经验、知识和当前设计问题表述的抽象程度也会影响类推过程，通过抽象的语句进行记忆能提高将先前所见过的产品，即视觉记忆作为本体的可能性14 15。另一方面，本体呈现的抽象程度与设计师的行为也有紧密的关联。Christensen和Schunn发现本体的不同展示方式，二维或三维，比如草图和物理模型，会对类比策略有一定影响。接触物理模型的被试多采用域内类推（within domain analogy），而接触草图的被试多采用域外类推（between domain analogy）16。Cardoso和Badke-Schaub推断真实的本体将引起被试的思维定势，而抽象的本体则能激发被试创造更多原创概念，弱化思维定势17。为避免本体的不同表达形式对设计师在视觉类推过程中的行为产生影响，本课题剔除了本体抽象程度这一变量，均以图片的形式呈现。 1.1.2 类比推理距离本体和喻体间的概念距离是类推的一个重要指标，依据此指标，类推通常可分为两类。尽管在不同的研究中，类推分类的阐述方式各不相同，如域内类推和域外类推18（within-domain, between-domain），本地类推和远距类推16（local, distant），近距离类推和远距离类推19（near, far），但这些表述在本质上都是根据本体和喻体的概念距离进行划分。另外，距离亦可作为本体和喻体之间表面相似（浅层相似）或结构相似（深层相似）的测量值。域外类推或远距离类推建立于两个不同类目的本体和喻体之上。域内类推或近距离类推则在同一类目或相近类目的本体和喻体之间建立联系。例如，当设计师在设计一个鼠标的过程中，如果借鉴其他鼠标的设计即运用了域内类推，如果他从海豚身体的弧线或门把手的弧度得到灵感，则运用了域外类推。和域外类推相比，在域内类推的情境下，本体和喻体具有较高的表面相似度，因此所采用的难度更低。在1980年，Gick和Holyoak就对域内类推和域外类推进行了前瞻性的探索，实验证明被试在没有任何暗示的前提下，较难自发产生域外类推3。Herstatt和Kalogerakis在另一篇论文中推测，域外类推通常基于两个概念距离较远的领域，而且高度依赖结构相似，较高的抽象程度将提高该方法的难度20。Dunbar的课题研究揭示了类比推理在科学界的重要作用。他发现当代科学家所采用的类推方法中，域内类推占了较大的比重；而当科学家需要向听众解释某个科学概念时，他通常会采用域外类推，即借用非科学领域的概念来解释专业的科学术语21。Weisberg在2009年的研究中发现类推距离与类推功能具有一定的相关性，类推功能包括问题解决（problem solving），问题定义（problem identification），问题解释（explanation）等。定义问题需要更多的域内类推；而解释问题则需要更多域外类推；另一方面，域内类推和域外类推都能帮助解决问题22。在先前的研究中，研究者们发现类比距离与设计创意度具有紧密的联系。基于类推距离较远的域外推理通常能极大的提高解决方案的创意度，当然，研究者也并未否认运用距离较近的域内推理所得出的解决方案的创意度23。Wilson， Rosen等研究者在2010年的论文中提到了本体和喻体之间的表面相似度对解决方案新颖度的影响。他们发现本体和喻体的表面相似度越弱的情境下，解决方案的新颖度越高；而相似度较高的情境下，解决方案的多样性会下降24。Chiu和Shu在2011年将不同种类的单词作为本体，对解决方案新颖度的影响进行了研究。结果发现被试在接触两个词义相对的单词的情境中所产生的解决方案更新颖25。Chan等人的发现从另一个角度揭示了域外类推的特质，尽管域外类推能提高方案的创意度，但方案的数量却有下降的趋势26。需要指出的是，类比推理中本体和喻体概念距离的远近是一个相对值，假如本体和喻体的距离过远，也有可能对设计过程造成障碍27。相比于常见的二分法类比推理研究，即域内和域外类推28，本研究发现在更多的情境下，本体类目并不能清晰的归纳到近距离和远距离这两个分类，两者之间没有明确的界限。因此，本课题引入了中间距离这一概念。根据本体和喻体的概念距离，将本体库中的元素分为近距离，中间距离和远距离三大类。此三分法的概念同Kalogerakis等人的研究方法类似，他们发现专家设计师更偏好建立中间距离类推29。1.1.3 经验值和类比推理专业领域知识的差异已被验证为影响类比推理成功率的一大因素。基于认知损耗理论30，域外类推对于新手设计师有一定的难度，他们的专业知识难以满足远距离的本体和喻体之间恰当关联的建立。另外，许多研究发现新手设计师和专家设计师都偏好采用域外推理以增加解决方案的创意度3。Casakin和Goldschmidt的研究指出当新手设计师和专家设计师在有明确指导的前提下，都能成功运用视觉类推产生合理的解决方案。而且新手设计师的方案设计质量在运用视觉类推后能够得到明显提升12。Novick也指出专业知识能帮助设计师熟练运用类推方法31。与前人研究得出的结论不同的是，Cheong等人在研究仿生设计的类比推理课题中发现，关于表面特征或功能特征的专业知识反而会引发思维定势，对于类推方法的运用并没有过多帮助，且被试的表现与其自身的经验值密切相关32。另外，本体的数量也是影响设计师类比推理的一个因素，Cubukcu和Cetintahr的实验招募了低年级和高年级的设计学生，观察他们在无视觉本体（参考元素），少量视觉本体和大量视觉本体三种情境下的创意思考能力。结果表明，有视觉本体的情境下低年级和高年级学生的创意度都能提高；与高年级学生相比，低年级学生在某些方面的创意度更佳，他们对于解决方案能进行更有创意的阐述；可见视觉本体的数量对于低年级和高年级学生的影响并不相同7。Ozkan和Dogan的研究证明随着设计教育和项目的锻炼，学生也能够感知本体和喻体之间的结构相似，但学生的设计方案仍然无法避免和本体的表面相似。而专家设计师通常都能建立本体和喻体之间的结构联系33。1.1.4 Observer行为分析软件在其他研究领域，研究者经常运用先进的动作分析软件采集、计算并视觉化被试的实验行为，如德国Noldus的Observer XT软件（见图1.1）34。Observer软件适用于任何采集和分析动作行为的研究，该软件已被广泛应用于多个领域，如婴儿行为研究、心理学、教育学、人机工程学35-38等等。Observer XT10.0 支持导入事先录制的视频，进行离线分析。其强大的筛选图 1.1 Observer XT 10.0界面功能可帮助研究者过滤弱相关数据，选择被试，选择观察时间段等等；此外，它还能将编码的行为数据可视化，由此观察这些行为之间的联系，频率以及顺序。为避免不同观测者的主观偏见，不同的数据之间需要通过可信度分析（见图1.2），Observer将导出Cohens Kappa数据，以及数据统一与不统一的列表。运用Pocket Observer，实验者手持记录设备，能够进行实时的数据分析，这一方法能降低对被试的干扰。而研究者仍能事后导入数据到Observer中，进一步分析。运用Observer行为分析软件相比于先前的行为分析方法有若干优势。通过对事件，视屏，音频，生理数据直接的可视化显示，Observer为研究者提供了数据之间的直接观测。其自定义筛选功能帮助研究者针对每一个研究问题提取核心数据，并且输出的行为频率，持续时长和其他数据的图表能详尽描述被试的实验行为，极大地提高了研究质量。但是，Observer行为分析软件尚未应用于设计研究领域，笔者认为部分原因在于其高昂的软件费用。本次课题研究采用浙江理工大学心理学系的Observer XT10.0软件，将每一个被试数据都导出事件分析及可视化图表，提高了被试行为描述的可信度和精确度。图 1.2 Observer XT 10.0可信度分析界面1.2 研究的目的和意义 近年来，新手和专家设计师在设计过程中的不同行为已成为一个热门的研究领域。在国内的设计教育界，学生通常分为艺术背景和工科背景，所接受的教育也略有不同。尽管在大学以前的教育背景不同，但走上工作岗位之后，这些设计师却鲜少以艺术或工科背景区分。经过大学四年的设计教育之后，学生拥有了设计思维，而本身的背景被逐渐弱化。设计师是如何从一个新手成长为专家，本课题通过对比新手和专家设计师在推断设计方案过程中不同行为的频率和持续时长，观察设计教育和工作经验对于设计师行为的影响力。本次研究的发现对于设计教育界，如何更加快速，有着重点地培养设计新手提供了有价值的信息。对于新手和专家设计师的设计思维，草图过程等方面的差异，众多研究者已有了深入的挖掘。然而，对于新手和专家设计师运用类比推理方法做设计的研究却不多见。本课题进行了两次实验，研究不同经验值的设计师如何运用类比推理进行设计。实验一对类比推理设计的早期阶段进行研究，调查不同经验的设计师针对同一喻体，选择不同本体的原因。实验二对不同经验的设计师在类比推理设计过程中的特定行为频率和持续时间进行量化计算，分析经验值对设计师的设计行为影响。根据实验数据结合访谈内容，本课题探讨了不同经验值的设计师特定行为背后的原因，推测合理的类比推理行为模型，对未来该课题的研究走向进行了展望。1.3 论文的结构体系论文共有6章。第一章绪论。介绍了本文研究的背景、论文的意义和目的以及结构。第二章类比推理行为研究，首先介绍了本次课题两个实验的背景，实验的目标，过程，材料筛选过程和数据处理方法，对两个实验的假设进行了阐述。第三章本体图片选择实验，介绍本次试验的被试选择，编码设定依据，以及被试进行本体图片选择的过程。实验一的数据经过卡方检验分析，得出假设1部分为真，假设2为真。第四章类比推理设计实验，首先对实验的被试，实验过程以及行为编码的依据进行了概述。对被试的行为进行编码，并利用Observer XT10.0软件对实验数据进一步分析，从中发现经验值对类推行为的频率和时长的影响。第五章讨论，列举了三个不同经验值的被试的实验二过程，列出三名被试的本体选择图片，设计方案，行为频率和时长数据，并对其行为数据用可视化的图表呈现。第六章，总结和展望，总结了本论文的创新点以及不足之处，对后续研究提出了展望。1.4 本章小结本章对类比推理的定义、分类、经验值与类比推理的关联以及本文所运用的行为分析软件等方面做出详细介绍，并简要叙述了课题背景、研究的目的和意义、列出了文章的结构体系、概述了后续章节的内容和重点。18浙江大学硕士学位论文第2章 类比推理行为研究第2章 类比推理行为研究2.1 实验背景本课题试图验证并进一步拓展Ozkan和Dogan在2013年关于类比推理的研究，他们发现设计师的经验值对本体选择以及本体和喻体之间所建立的联系有重要影响33。本次研究，以户外家具设计为案例，观察大一，大三的设计学生和拥有2-8年工作经验的设计师运用类比推理方法时的行为特质。此次实验中的专家设计师均受聘于户外家具设计公司，设计户外家具是他们的日常工作，因此在此设计问题的前提下，将他们归为专家设计师。而另一方面，户外家具作为常见的产品，学生应当也能够做出设计方案。Ozkan和Dogan的研究结果发现，专家设计师多数选择近距离的本体作为解决设计问题的灵感，而大一的设计学生多数选择远距离本体，在解决方案中添加新的概念，产生更有创意的方案33。依据他们的发现，本课题推测：1）不同经验值的设计师在本体选择以及选择理由两方面皆存在显著差异；2）类推行为的频率以及持续时长在不同经验值的设计师之间也存在显著差异。2.2 实验目标1）了解类比推理前期阶段，不同经验值的设计师本体图片选择的差异，选择理由的差异；2）了解经验值对于设计师类比推理过程中设计行为的影响。2.3 实验材料许多关于类比推理的研究表明，采用随机的本体作为刺激元素（stimuli），促使设计师在类比距离极远的本体和喻体之间建立联系，可以有效扩大解决方案的设计空间，提高方案质量。然而，这一推论已经被Katherine Fu等研究者质疑，Fu等人研究发现，本体和喻体之间过远的类推距离可能导致类推设计无法顺利采用27。因此，本课题通过人为筛选，参照Kalogerakis在2010年所做课题的分类原则29，从网络图片中选取近距离，中间距离和远距离三种类型的本体图片，分部对应户外家具，产品和自然物三种类型。实验一和实验二采用了同一组本体图片。本体图片的选择有两个阶段：第一阶段，笔者从网络图片库中随机挑选300张图片，包含户外家具，产品和自然物三种类型。随后，根据Gentner等人定义的可靠性（Soundness）原则39，即从该图能联想到设计问题的可能性，前期的300张图片依据可靠性评分删减至100张图片。本体图片的筛选由2名设计专业研究生完成，其筛选的依据为：（1）该图片作为户外家居设计本题来源的可信度；（2）三种类别之间数量相对平衡。第二阶段，20名评分者（16名设计专业研究生，4名设计专家）从100张图中选择45张适合作为户外家具设计的本体图，即能激发其设计灵感的图片，并且依据本体（灵感图）与喻体（户外家具）之间的类推距离分为近，中，远三类。20名评分者选出的本体图依照出现频次的高低，删减成30张图，每个类别10张图。从表2.1中可以看出，近距离本体图片（near source example）多为户外家具产品，中间距离本体图片（medium source example）多为造型抽象的家具或艺术品，而远距离本体图片（distant source example）则基本由自然界物体组成。2.4 数据处理方法2.4.1 卡方检验卡方检定（chi-square test, 2 test）是参照卡方分配来求取机率和临界值的统计检定。样本的实际观测值与理论推断值之间的偏离程度决定卡方值的大小，卡方值越大，越远离符合；卡方值越小，越趋于符合；若观测值与理论值完全相等时，卡方值为零，表明理论值完全符合。某一个类别观察值和理论值的偏离程度称为残差（residual），利用残差平方除以期望频数再求和，即可得出卡方值。卡方计算公式如下： 2=(f0 fe)2fe 公式（2.1）实验一数据通过卡方检验来验证，是否三组被试之间的本体选择以及选择的理由有显著差异。表 2.1本体图片选择分类类别本体图片近距离中间距离远距离2.4.2 单因素方差检验及事后检验法单因素方差分析 （one-way ANOVA）是指对单因素试验结果进行分析，检验因素对试验结果有无显著性影响的方法。若根据单因素方差检验发现主效应显著，则需要进行事后检验，以探究哪两个水平之间存在显著性差异。本文运用的事后检验方法有Tukey-HSD检验法以及最小显著性差异（LSD）检验法。由John Tukey所提出的“真实显著性差异检验”称为Tukey HSD检验。当因素取n个水平，每个水平都进行k次实验，即每个样本的大小相等，可采用HSD法检验两两均数间是否差异显著。最小显著性差异法（LSD）能够检测水平间均值的微小差异，该方法由Fisher在1935年提出，多用于检验某一对或某几对在专业上有特殊探索价值的均数间的两两比较。实验二数据通过单因素方差检验验证经验值对于类推行为的影响，随后通过事后检验进一步比对不同被试组之间在某些行为上的差异。2.5 实验过程首先通过筛选与评分选取实验所需的30张本体图片，按照本体图片和喻体（在本课题中指户外家具）的概念距离分为近距离本体，中间距离本体和远距离本体三类。实验一邀请大一，大三设计专业的学生以及拥有2年以上工作经验的设计师依据喻体户外家具，选择至少一张本体图片，即选择能带来设计灵感的图片。在实验一的访谈中，被试需要给出其选择的理由。接着，根据被试选择的本体在三类中的比例，所给出的理由的编码，分析经验值对于设计师本体选择的影响。实验二邀请未参加实验一的大一，大三设计专业学生以及专家设计师进行类比推理设计，被试需从30张本体图片中选择一张或多张作为本体，提取元素，运用于喻体户外家具中，最终至少完成一个设计方案。实验二的访谈中，被试需要对其设计方案进行详细阐述。最后，收集实验数据，对每个被试的设计行为进行编码，计算不同行为出现的频率以及持续时长，得出经验值对设计师类比推理行为的影响。2.6 实验假设1. 专家组多数选择近距离本体，学生组多数选择远距离本体。基于Ozkan和Dogan的研究结果，专家设计师多数选择近距离的本体作为解决设计问题的灵感，而大一的设计学生更偏好远距离本体。本假设用于验证此结论，同时观察加入中间距离的本体图片后，假设是否仍然成立。2. 不同经验值的被试之间，本体选择的理由有显著不同。设计师在不同阶段对于本体图片的感知会发生变化，新手和专家设计师选择同一张本体图片也可能基于不同的出发点，即经验值会对类比推理的本体选择产生影响。3. 不同经验值的被试之间，类比推理的行为频率有显著不同。设计师的行为是其思考，认知的外在表现，经验值会导致设计师对于问题的理解，思考，解决方案的绘制等不同行为的出现频率不同。4. 不同经验值的被试之间，类比推理的行为时长有显著不同。不同行为的时长能反映设计认知过程的发展，可反映其设计思考的着重程度。随着经验值的增长，设计师对于不同的行为所分配的时间会发生改变，也从侧面反映其设计认知的改变。本课题共有两个实验，实验一用于验证假设1和2；实验二用于验证假设3和4。2.7 本章小结本章以此次研究课题选题背景为切入点，详细阐述了研究的依据，背景，材料的选择，数据处理方法，实验过程以及实验假设。 浙江大学硕士学位论文第3章 本体图片选择第3章 本体图片选择3.1 实验一概况本实验用于验证假设1和2。 作为本体的图片按照类推距离分为近距离本体，中间距离本体，和远距离本体三大类。参与实验的被试按照设计学习或工作的经验分为大一组，大三组和专家组。被试需要根据统一喻体选择一张或多张本体图片，并给出选择理由。3.1.1 被试21名大一学生（4男，17女），31名大三学生（17男，14女）以及12名设计专家（10男，2女）参与了此次实验。大一和大三学生均来自工业设计专业背景，设计专家均在户外家具设计公司任职并拥有至少2年工作经验。3.1.2 实验过程学生组被试在教室完成本次实验，而专家组被试则在会议室完成本次实验。30张本体图片存放于iPad中，被试通过浏览图片，选择至少1张能激发他们创作户外家具的灵感图。选择结束后，被试需要给出他们选择的理由。3.1.3 编码实验一用于研究设计经验值，本体图片选择以及选择理由之间的关系。被试的选择理由根据8种类目进行编码，该8类理由参照Ozkan和Dogan在其论文中对被试选择本体时的理由编码演变而来33。Ozkan和Dogan编码的理由包括：功能（function），形式（form），象征（symbolism），美感（esthetics），原创（originality），设计过程（design process），自然（nature）以及结构（structure）。在应用上述编码的过程中，笔者发现本次试验的许多理由无法归纳其中，原创，设计过程以及自然这三种编码理由所占比例过低，因此在新的编码集中将其删去。被试所给出的理由中多次出现先前的项目经验，本体的物理属性以及本体所触发的感受，因表 3.1 本体选择理由编码类别注释例子形式Form形状，以及本体的其他外部视觉呈现这把椅子的波浪式造型启发了我. 我想在一些室外公共家具的设计上运用这种长波浪造型。它会适合不同身高的人群，并且为坐在上面的人们提供了更多相互交谈的机会。同时人们还可以躺在椅子上休息。象征Symbolism所能联想到的其他物体，情景以及设计红色让我想到了中国元素, 同时叶子的脉络让我想到了中国的剪纸。我想设计一组户外家具, 包括椅子，垃圾桶，灯具, 标识系统和等待区。 为了把中国传统剪纸与现代家具结合起来， 我准备采用空心元素设计。结构Structure本体各组成元素之间的关系这个设计的构架吸引了我。 外面的一层包括住里面的一层。 这种独特的层次可以为孩子们带来娱乐。在我的设计中每一层都可以变成一张书桌来摆放东西。物理属性Physical property本体的材料，材质以及颜色等这个物品是木质的，并且迎合了木头本身的纹理。我将在设计中运用这种材质。功能Function本体能够服务于使用者的方式这张躺椅既能阻挡阳光，又能为使用者提供遮盖物。除去它的基本功能, 使用者还能享受它能带来了休闲和舒适度。美感Esthetics本体所带来的形式、艺术或者视觉上的美感这个设计拥有美丽的线条，以及很强的形式感和艺术感。交错的线条，实际物体的组合以及他们的阴影强化了这种感觉。我希望用这种感觉来设计一款能够让使用者轻松携带的折叠椅。经验Experience参与或观察过类似的项目这个设计与我在公司做过的一个项目非常相似。他们都试图把家具与自然元素结合起来。 人们可以在享受现代家具的同时接近自然。感受Feeling由本体所引发的意识上的体验这个设计让我想起了把一件物品握在手掌中的感觉。我希望设计出这种可以带来安全感的户外家具。此新的编码集中添加经验（experience），物理属性（physical property）和感觉（feeling）3种类别。对编码理由进行调整之后，本实验的选择理由都能进行编码归类。本实验采用的8类编码理由包括：形式（form），象征（symbolism），结构（structure），物理属性（physical property），功能（function），美感（esthetics），经验（experience）和感觉（feeling）。2名设计学专业的研究生根据8类理由的定义（见表3.1）将被试的选择理由进行编码。2名编码者的评判结果匹配度为88%。3.2 实验一数据收集及分析3.2.1 本体图片选择结果表3.2详细列出了三组被试选择近距离本体，中间距离本体和远距离本体的频率及百分百。卡方检验结果表明（2(4)=15.106, p0.005），三组被试之间的本体选择具有显著差异。同中间距离和远距离本体相比，专家组更偏向选择近距离本体（std. residual=2.1）。从结果数据分析，大一组和大三组对于不同距离本体的选择并未展示出明显偏好。因此，假设1（专家多数选择近距离本体，学生多数选择远距离本体）部分正确。针对经验值的卡方运算显示(2(14)=59.311, p =0.000)，大一，大三和专家组被试在本体选择理由上有显著差异，假设2为真。三组被试的选择理由的百分比和排序通过表3.3列出。与大一和大三组相比，专家组所给出的理由包含更多经验（experience）(std. residual=3.1)和美感（esthetics）（std. residual=3.2）；相比专家组和大一组，象征（symbolism）在大三组的本体选择理由中占了较大比重（std. residual=2.5）；而大一组则偏好从功能（function）出发，来选择本体（std. residual=2.9）表 3.2 三组被试本体图片选择频率及百分比类别专家组大三组大一组 频率 百分比 频率 百分比 频率 百分比近距离2541.7%2325.8%1518.3%中间距离1423.3%1921.3%3239.0%远距离2135.0%4752.8%3542.7%表 3.3三组被试本体图片选择理由百分比及排序 专家组大三组大一组%(排名)%(排名)%(排名)形式38.39(1)40.22(1)42.39(1)经验14.29(2.5)5.43(4.5)3.26(7)结构10.71(4)3.80(6.5)8.15(4)功能1.79(8)3.80(6.5)11.96(3)感受8.04(6)7.61(3)7.07(5)象征14.29(2.5)32.61(2)20.11(2)美感8.93(5)1.09(8)2.17(8)物理属性3.57(7)5.43(4.5)4.89(6)3.2.2 本体图片选择分析根据实验一结果显示，假设1部分正确，专家组更偏好选择近距离本体图片作为户外家具设计的灵感图，而学生组对于三组图片的选择并未展示出明显偏好。因此，我们推断本体和喻体之间的距离并非决定被试做出决定的唯一条件。他们的选择背后也许有某种目的作支撑，而这些选择背后的理由可作为被试设计目标的依据。Christensen 和 Schunn 在其2007年的研究课题中发现，当设计师需要对现有产品做改良设计时，他们更偏好域内类推16；当设计项目时间紧迫时，设计师偏好选择中间距离本体进行类推，以此在较短的时间内确保方案具有一定的原创度29。与上述结论类似的是，Dunbar 和 Blanchette发现当科学家仅仅为了解决实验的某个问题时，他们所利用的类比推理通常建立在表面相似的本体和喻体之间。当科学家试图提出新的假设时，他们所利用的类比推理类型也随之变化5。由此可见，不同的目标将导致不同的本体选择，随之影响类推过程。实验一的结果同时证明假设2为真，即不同经验值的被试之间，本体选择的理由有显著不同。与学生组相比，专家组的选择理由中经验和美感出现的频次明显更高，证明专家在进行类比推理的过程中经常依据工作经验和专业知识来建立本体和喻体之间的联系。在实验二的事后的访谈中，我们发现专家在描述方案时，会强调方案的经济性，运输方式，包装，以及装配过程等方面。因此，选择近距离本体可以保证设计方案的可实现性，同时也有可能降低方案的原创性。美感作为选择理由的高频率出现，表明专家对于设计方案的视觉美感具有更高的敏感度。大三组与其他两组相比，以象征作为选择理由的频率明显更高。之前的设计教育帮助他们在类推过程中将本体与其他物体，情境或设计建立联系，以此缩短本体和喻体之间的距离。通过本体的象征与喻体建立联系，这种方法能帮助他们降低认知障碍，推动类推进展。相比大三组和专家组，大一组在选择理由中更偏好功能原则。对于刚接触设计的大一学生而言，确保方案的功能性（functionality）和可用价值（usefulness）是首要目标。3.3 本章小结本章对类比推理设计的早期阶段进行研究，要求不同经验值的被试根据同一喻体选择本体，随后对其给出的理由进行编码。利用卡方检验对收集的数据计算分析，结果显示，假设1（专家多数选择近距离本体，学生多数选择远距离本体）部分正确；相比与中间距离和远距离本体，专家组更偏好近距离本体；而学生组则没有明显偏好。假设2（不同经验值的被试之间，本体选择的理由有显著不同）为真；大一组，大三组和专家组选择本体的理由之间有显著不同。24浙江大学硕士学位论文第4章 类比推理设计 第4章 类比推理设计4.1 实验二概况本实验用于验证假设3和4，参与实验的被试按照设计学习或工作的经验分为大一组，大三组和专家组。被试需运用类比推理的方法，从30张图片中挑选1张或多张作为本体，从中提取灵感，进行户外家具设计。其实验过程利用摄像机视频录制。在事后访谈中，被试需要对其设计方案进行详细阐述。最终，被试的行为数据通过Observer XT10.0处理计算。4.1.1 被试参与实验二的被试根据经验值分为三组：（1）8名大一工业设计学生（2男，6女）；（2）8名大三工业设计学生（5男，3女）；（3）8名设计专家（7男，1女）。所有实验二的被试均未参加实验一。在实验二执行时期，大一学生接触设计教育的时间仅一个学期